趙恒 袁博 范亮

摘要：提出了一種新的承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其最主要的特點(diǎn)是控制和承載分離。還根據(jù)當(dāng)前軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）技術(shù)發(fā)展的水平、現(xiàn)有寬帶網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)（BNG）設(shè)備的實(shí)現(xiàn)以及電信承載網(wǎng)絡(luò)自身的特點(diǎn)，提出了電信承載網(wǎng)和BNG設(shè)備向SDN架構(gòu)演進(jìn)的階段性發(fā)展步驟，并對(duì)其中的一些細(xì)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)探討。SDN網(wǎng)絡(luò)的逐步部署必將加速互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)革新的步伐，為未來(lái)電信網(wǎng)絡(luò)注入更多活力。

關(guān)鍵詞：軟件定義網(wǎng)絡(luò)；電信承載網(wǎng)；寬帶網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)

Abstract： This paper introduces a new bearer network architecture that splits controlling and bearing. We analyze current software-defined network （SDN） technology and bearer network characteristics and propose steps for migrating the bearer network and broadband network gateway （BNG） devices to SDN architecture. Gradual deployment of SDN networks will accelerate the speed of technological innovation of the Internet， and this will give more vitality to future communication networks.

Key words： SDN； bearer network； BNG

傳統(tǒng)的電信是封閉型網(wǎng)絡(luò)，這種封閉體現(xiàn)在電信網(wǎng)絡(luò)只對(duì)運(yùn)營(yíng)商自身開(kāi)放，所有的數(shù)據(jù)報(bào)文的轉(zhuǎn)發(fā)特點(diǎn)由運(yùn)營(yíng)商自行定義，網(wǎng)絡(luò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)不可見(jiàn)。但是互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)提供商，例如谷歌和騰訊等越來(lái)越向虛擬運(yùn)營(yíng)商靠攏，并且有自己的骨干網(wǎng)絡(luò)，寬帶用戶(hù)有可能只是借助運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)接入虛擬運(yùn)營(yíng)商的骨干網(wǎng)絡(luò)，而互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)往往是通過(guò)TCP/HTTP等有端到端連接特性的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議承載的，并需要提供用戶(hù)到用戶(hù)、用戶(hù)到業(yè)務(wù)服務(wù)器之間的端到端的業(yè)務(wù)保障，因此封閉網(wǎng)絡(luò)不利于未來(lái)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。

傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)也是一種剛性網(wǎng)絡(luò)，這種剛性體現(xiàn)在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備例如寬帶網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)（BNG）都無(wú)法動(dòng)態(tài)定義支持的功能模塊，且單個(gè)承載設(shè)備具備幾乎全部的網(wǎng)絡(luò)層控制面和轉(zhuǎn)發(fā)面功能。而在現(xiàn)網(wǎng)中根據(jù)部署位置及在網(wǎng)絡(luò)中扮演的角色不同，往往各個(gè)設(shè)備只需使用其中一部分的功能，冗余的功能占用了系統(tǒng)資源，限制了設(shè)備能力的最大化使用。同時(shí)，承載設(shè)備軟硬件耦合度大會(huì)導(dǎo)致業(yè)務(wù)創(chuàng)新速度放緩，另外互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新速度已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越承載設(shè)備的升級(jí)速度。為支撐新的商業(yè)模式（向互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)提供商提供業(yè)務(wù)保障、后向收費(fèi)），軟硬件松耦合、加快承載設(shè)備軟件特性升級(jí)速度以適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的發(fā)展成為運(yùn)營(yíng)商的一種潛在需求[1]。

因此為了適應(yīng)未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，運(yùn)營(yíng)商針對(duì)傳統(tǒng)的電信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備架構(gòu)提出了虛擬化的思想，包括網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）、網(wǎng)絡(luò)虛擬化（NV）以及軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）等技術(shù)。這些思想的主要目標(biāo)是為了讓電信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備承載的業(yè)務(wù)更加符合未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展趨勢(shì)，讓運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)更加開(kāi)放并更具彈性。但是不論是NFV、NV還是層次化BNG，都是借鑒了 “業(yè)務(wù)控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離”的思想，都符合SDN的架構(gòu)設(shè)計(jì)思路，因此SDN可以是達(dá)成這些虛擬化技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式之一，研究電信承載網(wǎng)向SDN化發(fā)展則成為業(yè)界的熱門(mén)話題。BNG設(shè)備是電信承載網(wǎng)的核心設(shè)備之一，是連接用戶(hù)、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)的紐帶，部署的功能最為復(fù)雜，因此研究BNG向SDN架構(gòu)化發(fā)展是十分重要的。

SDN技術(shù)的使用起源于數(shù)據(jù)中心交換機(jī)，其核心思想是控制和承載分離。而傳統(tǒng)的BNG采用的是控制和承載集中的技術(shù)，并通過(guò)設(shè)備之間的協(xié)議交互和設(shè)備的配置來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)行為控制，如圖1所示。傳統(tǒng)的BNG設(shè)備的控制面協(xié)議處理包括基礎(chǔ)路由和VPN協(xié)議、用戶(hù)接入認(rèn)證計(jì)費(fèi)相關(guān)協(xié)議、業(yè)務(wù)層協(xié)議等，而在SDN架構(gòu)中SDN控制器通常只處理基礎(chǔ)路由協(xié)議，上層的協(xié)議功能由SDN 應(yīng)用層處理。

1 全球運(yùn)營(yíng)商寬帶網(wǎng)演進(jìn)

思路

全球的一些主要運(yùn)營(yíng)商和廠商很早就開(kāi)始對(duì)BNG設(shè)備的SDN化思路進(jìn)行探討，圖2是歐盟SDN項(xiàng)目中德國(guó)電信提出的電信網(wǎng)絡(luò)及BNG設(shè)備向SDN演進(jìn)的一個(gè)思路，寬帶接入服務(wù)器（BRAS）是BNG設(shè)備中和寬帶用戶(hù)接入相關(guān)的模塊。

如圖2所示，在歐盟SDN項(xiàng)目的思路中，承載網(wǎng)的接入?yún)R聚層可以率先使用SDN 控制和交換機(jī)來(lái)完成網(wǎng)絡(luò)流量的轉(zhuǎn)發(fā)。SDN控制器作為網(wǎng)絡(luò)層的控制設(shè)備，包含了例如普通路由、VPN以及MPLS等轉(zhuǎn)發(fā)基礎(chǔ)協(xié)議的應(yīng)用，并通過(guò)SDN控制器下發(fā)到 Switch 形成SDN轉(zhuǎn)發(fā)流表。但是對(duì)于BNG中負(fù)責(zé)寬帶接入的BRAS功能模塊，德國(guó)電信認(rèn)為該功能只是作為SDN承載設(shè)備支持的一個(gè)功能模塊，SDN控制器無(wú)需處理寬帶接入的協(xié)議，而是由SDN 承載設(shè)備自己處理寬帶接入?yún)f(xié)議，SDN控制器僅僅是起了通過(guò)BRAS 管理控制消息在SDN承載設(shè)備開(kāi)啟和關(guān)閉這個(gè)功能的作用。

在歐盟和德國(guó)電信的承載網(wǎng)SDN演進(jìn)思路中，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)須從接入?yún)R聚網(wǎng)入手逐漸朝SDN化發(fā)展。SDN是新興技術(shù)，實(shí)際商用中還面臨著許多未知的問(wèn)題，因此需要從對(duì)全網(wǎng)影響較小的接入?yún)R聚網(wǎng)絡(luò)入手，逐步進(jìn)行驗(yàn)證和推廣。雖然中國(guó)電信網(wǎng)絡(luò)和德國(guó)電信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)存在著很大差異，但是德國(guó)電信的思路也同樣適用于中國(guó)電信承載網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展。電信承載網(wǎng)SDN化的演進(jìn)是一個(gè)逐步的過(guò)程[2-3]。

歐盟和德國(guó)電信認(rèn)為：在BNG設(shè)備中，路由、MPLS和VPN等轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)的功能協(xié)議是最先可以實(shí)現(xiàn)SDN APP化的協(xié)議模塊。因?yàn)檫@些協(xié)議模塊標(biāo)準(zhǔn)化程度高、在現(xiàn)網(wǎng)中運(yùn)行相對(duì)穩(wěn)定，而且實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中很少出現(xiàn)轉(zhuǎn)發(fā)拓?fù)漕l繁改變和大規(guī)模協(xié)議頻繁震蕩的情況，SDN控制器完全有能力進(jìn)行協(xié)議處理和轉(zhuǎn)發(fā)拓?fù)溆?jì)算。基于同樣的原因，由于BRAS功能中用戶(hù)接入上下線頻繁，單位時(shí)間內(nèi)寬帶接入?yún)f(xié)議處理量巨大，如果對(duì)BRAS功能貿(mào)然進(jìn)行整體剝離并形成獨(dú)立的APP交由SDN控制器統(tǒng)一處理，可能會(huì)帶來(lái)不可預(yù)知的問(wèn)題。因此在SDN網(wǎng)絡(luò)中SDN控制器只負(fù)責(zé)通過(guò)BRAS 管理 APP動(dòng)態(tài)開(kāi)啟SDN承載設(shè)備的BRAS功能，并不對(duì)BRAS涉及到的接入?yún)f(xié)議進(jìn)行處理。

歐盟和德國(guó)電信的BNG設(shè)備SDN化架構(gòu)發(fā)展的要求，體現(xiàn)了一種謹(jǐn)慎的思路：BNG設(shè)備由于支持的功能復(fù)雜，因此應(yīng)該先將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)相關(guān)的功能協(xié)議作為SDN APP處理，而B(niǎo)RAS寬帶接入這種協(xié)議狀態(tài)變化頻繁的功能在SDN設(shè)備中的處理應(yīng)更加謹(jǐn)慎。

2 電信承載網(wǎng)SDN化發(fā)展

思路

運(yùn)營(yíng)商的電信承載網(wǎng)絡(luò)如果需要從封閉的剛性網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)镾DN架構(gòu)的彈性可定義網(wǎng)絡(luò)，需要根據(jù)自身的特點(diǎn)進(jìn)行合理的演進(jìn)路線規(guī)劃。承載網(wǎng)絡(luò)有極高的可靠性和實(shí)時(shí)性要求，同時(shí)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)中的大量網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仍然是全功能的剛性網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，這些特點(diǎn)決定了電信承載網(wǎng)不可能馬上轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)可定義的、彈性的業(yè)務(wù)驅(qū)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，需要從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變開(kāi)始，經(jīng)歷幾個(gè)必要的階段，如圖3所示。

（1）第1階段主要是利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備已開(kāi)放的接口，構(gòu)建SDN的層次化組網(wǎng)。在該階段，運(yùn)營(yíng)商的主要目標(biāo)是初步構(gòu)建可以通過(guò)SDN APP對(duì)承載設(shè)備進(jìn)行控制的層次化網(wǎng)絡(luò)，從而為更多的協(xié)議和業(yè)務(wù)APP化做準(zhǔn)備。在該階段，可以利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)承載設(shè)備已經(jīng)開(kāi)放和定義的業(yè)務(wù)控制接口對(duì)部分承載業(yè)務(wù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的控制。

目前，承載設(shè)備在剛性的承載網(wǎng)中開(kāi)放的接口有限。因此在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方面，寬帶論壇（BBF）和國(guó)際電信聯(lián)盟通信標(biāo)準(zhǔn)化組織（ITU-T）分別定義并開(kāi)放了承載設(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)行為相關(guān)接口。此類(lèi)接口現(xiàn)階段針對(duì)的都是寬帶用戶(hù)的QoS策略控制功能，運(yùn)營(yíng)商則利用這些控制接口并根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)智能管道的QoS應(yīng)用需求，部署了類(lèi)似SDN控制器的策略平臺(tái)和類(lèi)似APP的開(kāi)放策略控制等相關(guān)業(yè)務(wù)，來(lái)達(dá)成初步構(gòu)建符合SDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型的目的。

（2）第2階段主要是將電信承載網(wǎng)部分功能SDN APP化。在這個(gè)階段，運(yùn)營(yíng)商的電信承載網(wǎng)進(jìn)一步分層化發(fā)展，把更多的業(yè)務(wù)抽象出來(lái)作為SDN APP，電信承載網(wǎng)則向更多的互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)開(kāi)放除去QoS以外的承載相關(guān)的控制接口。此時(shí)運(yùn)營(yíng)商已經(jīng)開(kāi)始試商用虛擬化網(wǎng)絡(luò)的一些技術(shù)，因此在這個(gè)階段，承載設(shè)備的部分功能和軟件模塊已經(jīng)可以定制，運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)絡(luò)為互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)提供更多的差異化服務(wù)，并且依據(jù)這些服務(wù)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)和運(yùn)營(yíng)商本身業(yè)務(wù)提供更多的接口。但是在這個(gè)階段，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備并沒(méi)有做到控制與承載完全分離?；趯?duì)高可靠性的要求，部分交互頻繁業(yè)務(wù)仍然是融合在承載設(shè)備上，對(duì)于部分與整網(wǎng)拓?fù)湎嚓P(guān)或者使用程度不頻繁的業(yè)務(wù)，可以先從承載設(shè)備中剝離出來(lái)、以獨(dú)立的SDN APP的形式作為整網(wǎng)共享的業(yè)務(wù)功能。這個(gè)階段類(lèi)似于德國(guó)電信提出的那種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

（3） 第3階段主要是使電信承載網(wǎng)完全SDN架構(gòu)化。在德國(guó)電信的SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，BNG的BRAS業(yè)務(wù)模塊由SDN承載設(shè)備本身處理。但是BRAS功能提取作為SDN APP，有利于運(yùn)營(yíng)商整體通過(guò)單獨(dú)的BRAS APP服務(wù)器服務(wù)于多個(gè)SDN承載設(shè)備，有利于節(jié)約運(yùn)營(yíng)商的投資，并且更符合SDN控制和承載分離的要求。

運(yùn)營(yíng)商的電信承載網(wǎng)最終完全做到了向控制和轉(zhuǎn)分離的架構(gòu)轉(zhuǎn)變，包括BRAS在內(nèi)各類(lèi)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)分別以獨(dú)立的APP的方式從承載設(shè)備中剝離出來(lái)，并通過(guò)運(yùn)營(yíng)商統(tǒng)一的SDN控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)承載網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的集中控制。

在這個(gè)階段，運(yùn)營(yíng)商承載網(wǎng)絡(luò)既做到業(yè)務(wù)控制和承載分離，又要支持某些業(yè)務(wù)的按需定制。SDN APP可以通過(guò)業(yè)務(wù)定制來(lái)明確不同承載設(shè)備需要支持的業(yè)務(wù)類(lèi)型，并且通過(guò)開(kāi)放程度的不同來(lái)允許互聯(lián)網(wǎng)運(yùn)營(yíng)商的APP對(duì)承載設(shè)備做出有條件的管道化定制。

3 BNG設(shè)備SDN化發(fā)展思路

根據(jù)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)的階段不同，BNG設(shè)備向SDN架構(gòu)的演進(jìn)并非可以一蹴而就，BNG設(shè)備也分3個(gè)階段完成SDN化的過(guò)程。

（1）第1階段可以實(shí)現(xiàn)BNG初步支持SDN框架。在這個(gè)階段，BNG路由設(shè)備使用現(xiàn)有的QoS策略接口支持對(duì)承載的控制，而B(niǎo)NG設(shè)備和運(yùn)營(yíng)商的SDN控制器（此時(shí)應(yīng)該僅僅是QoS策略平臺(tái)對(duì)接）之間使用比較成熟的南向接口協(xié)議，例如Radius協(xié)議或者Diameter協(xié)議；北向接口對(duì)互聯(lián)網(wǎng)可以觸發(fā)策略更改的APP開(kāi)放，方便需要互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的需求修改管道的帶寬，如圖4所示。

由于該階段BNG利用的是現(xiàn)有接口來(lái)完成一種SDN架構(gòu)的控制雛形，路由器本身的軟件和硬件架構(gòu)不做任何改進(jìn)，因此BNG本身已經(jīng)實(shí)現(xiàn)該階段所需要支持的功能。BNG需要完善的是：根據(jù)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)更全面地支持QoS的策略接口，并且把對(duì)策略和計(jì)費(fèi)支持更完善的Diameter作為統(tǒng)一南向接口協(xié)議。

同時(shí)在這個(gè)階段路由器廠商嘗試初步支持SDN使用最廣泛的OpenFlow協(xié)議，以此來(lái)改變簡(jiǎn)單的轉(zhuǎn)發(fā)面行為。雖然OpenFlow協(xié)議本身對(duì)路由器支持不夠完善，并且路由器現(xiàn)有的硬件架構(gòu)并不統(tǒng)一，但是在這個(gè)階段可以使用OpenFlow已完善的簡(jiǎn)單路由功能，并可以通過(guò)路由器增加墊層來(lái)對(duì)OpenFlow協(xié)議解析。這時(shí)路由器的架構(gòu)是混合結(jié)構(gòu)，OpenFlow只改變路由器NP處理的某個(gè)簡(jiǎn)單的處理過(guò)程。

在圖4中，SDN控制器分為支持基礎(chǔ)SDN控制器功能的網(wǎng)絡(luò)管理子層和支持對(duì)業(yè)務(wù)進(jìn)行編排計(jì)算等處理的業(yè)務(wù)編排子層。業(yè)務(wù)編排子層的資源管理用來(lái)管理BNG上的資源，而策略管理生成策略庫(kù)，策略庫(kù)的內(nèi)容再映射到APP以實(shí)現(xiàn)APP對(duì)于策略的選擇?；ヂ?lián)網(wǎng)APP可以通過(guò)策略觸發(fā)APP來(lái)選擇策略管理庫(kù)的內(nèi)容，從而對(duì)BNG承載接入的寬帶用戶(hù)進(jìn)行策略控制[4]。

（2）第2階段可以實(shí)現(xiàn)BNG支持混合式SDN架構(gòu)。在現(xiàn)有的BNG軟硬件架構(gòu)中，主要業(yè)務(wù)協(xié)議的處理位于主控單元，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)單元和部分業(yè)務(wù)協(xié)議的處理功能位于接入業(yè)務(wù)的線卡上。在向SDN架構(gòu)的BNG演進(jìn)過(guò)程中，較為理想的情況是取消原有主控和線卡上的業(yè)務(wù)協(xié)議處理模塊，統(tǒng)一定義為SDN APP。但實(shí)際上由于BNG功能模塊十分復(fù)雜，而且SDN化APP必須要考慮電信網(wǎng)絡(luò)本身具有的一些特點(diǎn)，因此在沒(méi)有解決所有可能出現(xiàn)的問(wèn)題前，在SDN技術(shù)應(yīng)用的初期，可以將現(xiàn)有路由器所有功能模塊統(tǒng)一剝離作為獨(dú)立與承載設(shè)備的SDN APP，但這種方式存在3個(gè)方面的風(fēng)險(xiǎn)。

（a） 傳統(tǒng)架構(gòu)的電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備主控和線卡之間的通信控制消息，不但包括對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)面的控制，也包括協(xié)議處理模塊之間的交互。因此如果要APP化現(xiàn)有SDN的業(yè)務(wù)協(xié)議處理的功能，不但要支持轉(zhuǎn)發(fā)流表的下發(fā)，還需要解決和定義業(yè)務(wù)協(xié)議處理模塊之間的進(jìn)程間通信的問(wèn)題。出于對(duì)實(shí)時(shí)性和可靠性的考慮，這種進(jìn)程間的通信不能通過(guò)SDN控制器來(lái)轉(zhuǎn)接，否則會(huì)增加進(jìn)程間消息交互時(shí)延并增加了故障點(diǎn)。同時(shí)這種進(jìn)程間通信業(yè)不應(yīng)該是設(shè)備商私有的，應(yīng)該定義統(tǒng)一的流程和格式。

（b） 在傳統(tǒng)的承載設(shè)備在設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)上，沒(méi)有采用將所有的業(yè)務(wù)協(xié)議處理模塊一同放置于主控板卡的設(shè)計(jì)思路。這主要是因?yàn)椴糠謪f(xié)議比較復(fù)雜，并具有一定并發(fā)規(guī)模和性能處理要求。

采用分布式處理則更加滿(mǎn)足希望業(yè)務(wù)的處理性能要求，很典型的例子是BNG的PPPoE撥號(hào)接入功能。PPPoE協(xié)議的處理功能必須在線卡中才能保證同時(shí)處理大規(guī)模并發(fā)的PPPoE用戶(hù)撥號(hào)請(qǐng)求，如果所有線卡對(duì)寬帶用戶(hù)的PPPoE請(qǐng)求處理都位于主控的話，同一個(gè)主控需要處理多個(gè)線卡的協(xié)議，這樣以來(lái)必定會(huì)產(chǎn)生性能瓶頸。同樣，在這類(lèi)協(xié)議模塊被剝離并實(shí)現(xiàn)SDN APP化后，這類(lèi)“協(xié)議APP”需要并發(fā)處理多個(gè)承載設(shè)備的PPPoE協(xié)議。這對(duì)APP的性能要求非常高，需要首先進(jìn)行驗(yàn)證確保達(dá)到可用后，才能夠APP化該類(lèi)協(xié)議的模塊。

（c） 傳統(tǒng)BNG設(shè)備中用于保證電信網(wǎng)絡(luò)50 ms的、高可靠性的協(xié)議處理也位于線卡。如果這類(lèi)協(xié)議處理位于主控的話，協(xié)議報(bào)文在線卡和主控之間的往返必然帶來(lái)較大的時(shí)延，從而影響設(shè)備的高可靠性。例如在承載網(wǎng)絡(luò)中保證鏈路和節(jié)點(diǎn)可靠性的雙向轉(zhuǎn)發(fā)檢測(cè)（BFD）協(xié)議，必須處于線卡處理才能保證其實(shí)時(shí)性。如果SDN APP化這類(lèi)協(xié)議，那么處理過(guò)程就會(huì)由SDN承載設(shè)備直接交互變?yōu)樵黾雍蚐DN控制器的中轉(zhuǎn)，這不滿(mǎn)足50 ms可靠性處理要求。

由于上述原因，在第2階段BNG開(kāi)始逐步向SDN架構(gòu)演化時(shí)，BNG考慮分離原有的軟件架構(gòu)中的部分協(xié)議處理模塊，把部分業(yè)務(wù)的處理從原有集中式的BNG路由器架構(gòu)中分離，其余的業(yè)務(wù)仍然在BNG保留原有的分布式處理方式。因此，在第2階段應(yīng)該首先區(qū)分BNG哪些業(yè)務(wù)可以率先SDN APP化，如圖5所示。

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)業(yè)務(wù)部署的規(guī)律，專(zhuān)家建議將不發(fā)生經(jīng)常性業(yè)務(wù)震蕩的協(xié)議模塊率先實(shí)現(xiàn)APP化，如路由協(xié)議、VPN業(yè)務(wù)等類(lèi)似的拓?fù)鋵W(xué)習(xí)功能，在網(wǎng)絡(luò)部署初期的拓?fù)鋵W(xué)習(xí)完成之后，不會(huì)發(fā)生經(jīng)常性的拓?fù)渥兓M(jìn)而導(dǎo)致路由震蕩，在新增業(yè)務(wù)或新設(shè)備新入網(wǎng)時(shí)拓?fù)浒l(fā)生變化時(shí)也只需要進(jìn)行按需的一次性通告。該類(lèi)業(yè)務(wù)在SDN APP化后可以管理全網(wǎng)拓?fù)洌瑴p少路由協(xié)議在承載設(shè)備之間的交互，同時(shí)也可以加快該SDN控制器下掛所有SDN承載設(shè)備的路由收斂，當(dāng)遠(yuǎn)端發(fā)生路由震蕩事件時(shí)，可以通過(guò)SDN控制器迅速通知該SDN控制器管理下的所有設(shè)備。

其次，某些業(yè)務(wù)模塊與其他軟件處理模塊的耦合度也不高，現(xiàn)網(wǎng)使用率低或者不存在大量業(yè)務(wù)同時(shí)并發(fā)，此類(lèi)業(yè)務(wù)可以率先APP化，例如系統(tǒng)管理、配置管理等網(wǎng)絡(luò)中的其他使用頻率不高的業(yè)務(wù)。對(duì)于此類(lèi)業(yè)務(wù)，可以把相應(yīng)的控制層面的內(nèi)容作為SDN APP，并通過(guò)APP和SDN控制器來(lái)觸發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)面的臨時(shí)改變。

同時(shí)，在這個(gè)階段，對(duì)于BNG設(shè)備上原有的可以通過(guò)License控制或動(dòng)態(tài)加載，或是原有的類(lèi)似熱補(bǔ)丁的業(yè)務(wù)，也應(yīng)該全部剝離后上移成為SDN APP，這樣可以更好地將對(duì)應(yīng)的功能進(jìn)行整體動(dòng)態(tài)控制，從而節(jié)約大量的人力。

第2階段的模型如圖6所示，可見(jiàn)路由和VPN管理、網(wǎng)絡(luò)管理、業(yè)務(wù)定制功能已經(jīng)上移到SDN APP層，因此相應(yīng)的SDN控制器的業(yè)務(wù)編排子層增加了對(duì)應(yīng)業(yè)務(wù)編排的功能。業(yè)務(wù)編排子層的作用是類(lèi)似于傳統(tǒng)BNG中和具體協(xié)議無(wú)關(guān)的某類(lèi)業(yè)務(wù)統(tǒng)一管理的功能，例如路由和VPN拓?fù)涔芾?、全局用?hù)管理等。APP應(yīng)該對(duì)SDN承載設(shè)備進(jìn)行區(qū)分，但是業(yè)務(wù)編排子層的業(yè)務(wù)控制，需要根據(jù)APP的類(lèi)型來(lái)區(qū)分哪些是整網(wǎng)全局的，哪些是和不同SDN承載設(shè)備有關(guān)的。例如路由拓?fù)涞臉I(yè)務(wù)編排是與全局相關(guān)的，但是對(duì)于寬帶用戶(hù)接入的APP和用戶(hù)管理的業(yè)務(wù)編排，則需要區(qū)分其具體對(duì)應(yīng)于哪個(gè)承載設(shè)備。

在這個(gè)階段中，SDN APP和SDN控制器需要合理分配自身的資源，并且一個(gè)SDN控制器可以下掛很多SDN承載設(shè)備，因此SDN APP所在的服務(wù)器以及SDN控制器本身對(duì)于處理資源的分配就成為了這個(gè)階段研究的重點(diǎn)之一。SDN APP所在的服務(wù)器及SDN控制器不但需要協(xié)調(diào)不同類(lèi)型的APP間的資源分配，也需要協(xié)調(diào)不同SDN承載設(shè)備的資源分配。

同時(shí)，SDN控制器需要重點(diǎn)解決路由和VPN協(xié)議的拓?fù)涫諗繂?wèn)題，現(xiàn)有集中式架構(gòu)的路由器，路由協(xié)議的收斂是通過(guò)路由鄰居逐次傳遞，而在路由協(xié)議SDN化的階段由于路由APP已經(jīng)抽象并上移，因此可以通過(guò)相同路由協(xié)議的SDN APP內(nèi)部通信，或通過(guò)SDN控制器的路由和VPN的拓?fù)涔芾韥?lái)加快收斂過(guò)程。

（3）第3階段中BNG可以采用完全的SDN架構(gòu)。在這個(gè)階段，SDN已經(jīng)完全解決了SDN APP和SDN承載設(shè)備之間的可靠性問(wèn)題，可以支持大規(guī)模業(yè)務(wù)的并發(fā)，滿(mǎn)足現(xiàn)網(wǎng)頻繁業(yè)務(wù)震蕩的要求。同時(shí)，APP之間的通信機(jī)制得到了完善和統(tǒng)一，具有耦合性的各個(gè)獨(dú)立APP之間的消息通道的高可靠性得到提升，能夠滿(mǎn)足實(shí)際業(yè)務(wù)的需求，此時(shí)的結(jié)構(gòu)如圖7所示。

在這個(gè)階段，SDN的承載設(shè)備保留了硬件相關(guān)的管理上報(bào)功能，以及網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)鏈路可靠性的相關(guān)功能。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路毫秒級(jí)可靠性的處理（例如主備鏈路）由SDN承載設(shè)備直接處理，并根據(jù)處理結(jié)果通知SDN轉(zhuǎn)發(fā)面。

由于APP之間的通信已經(jīng)規(guī)范化，例如PPPoE和認(rèn)證模塊可以直接進(jìn)行消息交互，這種方式比通過(guò)SDN控制器進(jìn)行消息交互更具效率。同時(shí)由于APP的處理性能得到保障，SDN APP也可以支持同一SDN控制器下的多個(gè)承載設(shè)備的大規(guī)模協(xié)議處理。這種形態(tài)應(yīng)該是BNG 基于SDN結(jié)構(gòu)化的一種最終形態(tài)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章提出了BNG向SDN架構(gòu)演進(jìn)的階段化發(fā)展思路。基于BNG設(shè)備本身的特點(diǎn)和運(yùn)營(yíng)商的電信承載網(wǎng)的特定要求，文章提出了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)在向SDN化發(fā)展的每個(gè)階段的設(shè)備架構(gòu)模型。這套架構(gòu)演進(jìn)模型對(duì)SDN技術(shù)在電信承載網(wǎng)的部署、推動(dòng)BNG設(shè)備最終實(shí)現(xiàn)理想化的控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離架構(gòu)都有指導(dǎo)性作用。同時(shí)，文章針對(duì)BNG在SDN化發(fā)展過(guò)程中可能遇到的問(wèn)題做出了探討和分析，有利于后續(xù)基于SDN架構(gòu)的BNG設(shè)備的開(kāi)發(fā)和商用。

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